(57)【要約】【解決手段】発電造水複合システムは、ボイラと、造水施設と、水を加熱し、蒸気を発生するボイラへその加熱した水を供給する加熱器とを備える。【選択図】  図１
2013221508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を発生するボイラと、
前記ボイラから前記蒸気を受け取って、前記蒸気を用いて発電し、排気を送出する発電アセンブリと、
前記発電アセンブリから前記排気を受け取り、前記排気を用いて第１の液体水を製造する造水施設と、
第２の液体水を加熱し、加熱した前記第２の液体水を、前記蒸気を発生するボイラへ供給する加熱器と
を備える発電造水複合システム。
【請求項２】
前記ボイラが、前記第２の液体水の温度を上昇させる１つ以上の節炭器と、前記１つ以上の節炭器からの前記第２の液体水を蒸発させて前記蒸気を発生する１つ以上の蒸発器と、前記蒸気を過熱する１つ以上の過熱器とを有する排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）である、請求項１記載の発電造水複合システム。
【請求項３】
前記ＨＲＳＧが、異なる圧力で前記ＨＲＳＧから前記発電アセンブリへ蒸気を送出する２つ以上の蒸発器を備える、請求項２記載の発電造水複合システム。
【請求項４】
前記ＨＲＳＧが、前記蒸気の温度を上昇させる１つ以上の燃焼器を備える、請求項２記載の発電造水複合システム。
【請求項５】
前記発電アセンブリが１つ以上の蒸気タービンを備える、請求項１記載の発電造水複合システム。
【請求項６】
前記１つ以上の蒸気タービンが、１つ以上の高圧蒸気タービンと、１つ以上の低圧蒸気タービンとを備える、請求項５記載の発電造水複合システム。
【請求項７】
前記発電アセンブリから送出される前記排気が、加熱された蒸気である、請求項５記載の発電造水複合システム。
【請求項８】
前記排気が、前記加熱器に供給されて前記第２の液体水を加熱する、請求項７記載の発電造水複合システム。
【請求項９】
前記造水施設が淡水化プラントであり、
前記排気が、前記造水施設から残留水として送出される、
請求項７記載の発電造水複合システム。
【請求項１０】
前記残留水を凝縮する復水器をさらに備える、請求項９記載の発電造水複合システム。
【請求項１１】
前記排気が、前記加熱器に供給されて、前記第２の液体水を加熱し、
前記加熱器から送出された前記排気が、前記復水器によって凝縮される、
請求項１０記載の発電造水複合システム。
【請求項１２】
前記復水器が、前記第２の液体水を前記加熱器に送出する、請求項１１記載の発電造水複合システム。
【請求項１３】
前記発電アセンブリが蒸気タービンであり、前記造水施設が淡水化プラントであり、前記加熱器が給水加熱器であり、
前記第１の液体水が、前記造水施設から送出される飲料水であり、
前記発電アセンブリからの前記排気が、加熱された蒸気であり、前記造水施設へ供給され海水を加熱して前記飲料水を製造し、
前記第２の液体水が、前記造水施設から送出された残留水を含み、
前記発電アセンブリからの前記排気が、前記給水加熱器へ供給されて、前記造水施設から送出された前記残留水を加熱する、
請求項１記載の発電造水複合システム。
【請求項１４】
発電造水複合システムにおいて水及び電力を生成する方法であって、
ボイラで蒸気を発生し、
発電するために発電アセンブリへ前記蒸気を供給し、
第１の液体水を製造するために造水施設へ前記蒸気を供給し、
前記蒸気を発生するために前記ボイラへ第２の液体水を供給する前に、前記第２の液体水を加熱する
ことを含む方法。
【請求項１５】
前記ボイラによって用いられる前記第２の液体水を加熱することが、前記発電アセンブリからの排気によって前記第２の液体水を加熱することを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の液体水が飲料水であり、
前記造水施設が、前記蒸気を使用して前記飲料水を製造し、前記飲料水の製造に使用された後の前記蒸気からの水からなる残留水を放出する、
請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の液体水が前記残留水を含み、
前記方法が、前記造水施設からの前記残留水を凝縮することをさらに含む、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記発電アセンブリによって送出され、前記第２の液体水を加熱するために使用された排出蒸気を凝縮することをさらに含み、
前記第２の液体水が、前記第２の液体水を加熱するために使用され後に凝縮された排出蒸気を含む、
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
蒸気を発生するボイラと、
前記蒸気によって発電する発電アセンブリと、
非飲料水を受け取り、前記蒸気を用いて飲料水を製造する造水施設と、
水が前記ボイラに供給される前に、前記水を加熱する加熱器と
を備える発電造水複合システム。
【請求項２０】
前記造水施設が、前記発電アセンブリから前記蒸気を受け取り、
前記加熱器が、前記発電アセンブリから送出された蒸気を使用して前記水を加熱し、
前記加熱器によって加熱される前記水の少なくとも一部が、前記造水施設からの凝縮される蒸気である、
請求項１９記載の発電造水複合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、発電造水複合システム（combined power and water production systems）に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電造水複合システムは、蒸気を生成し、その蒸気を使用して蒸気タービンを駆動し、発電する。蒸気は、また、タービン内で膨張させた後、水の生成に使用される。たとえば、蒸気は、淡水化プラントで海水を加熱して不用物を取り除き飲料水を製造するために使用することができる。
【０００３】
発電造水複合システムは、システムの設計要件によって、様々なレベルの比率の電力と水を生成する。様々な比率の水と電力を生成するために、複数の蒸気ドラムを有する排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）が使用される。複数の蒸気ドラムは、様々な温度及び圧力の送出蒸気を生成する。ＨＲＳＧは、ガスタービンの排気から高温ガスを受け入れ、場合によっては、造水及び／又は発電用に追加の蒸気を生成するために補助燃焼によって増強される。ＨＲＳＧでの補助燃焼のレベルが増加すると、中圧及び低圧ドラムの蒸気発生能力が減少し、ＨＲＳＧ、及び水又は電力プラントの全体効率が低下する。具体的には、本明細書に開示される主題は、電力と水との比率を達成するために様々なレベルの補助燃焼が採用されたとき、システムの効率を改善するために、蒸気タービンから蒸気の一部分を取り出して発電機に入る水を加熱するシステムに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７０１００６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、発電造水複合システムは、蒸気を発生するボイラと、ボイラから蒸気を受け取って、その蒸気を用いて発電し、排気を送出する発電アセンブリと、発電アセンブリから排気を受け取り、その排気を用いて第１の液体水を製造する造水施設と、第２の液体水を加熱し、加熱した第２の液体水を、蒸気を発生するボイラへ供給する加熱器とを備える。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、発電造水複合システムにおいて水及び電力を生成する方法が、ボイラで蒸気を発生し、発電するために発電アセンブリへ蒸気を供給し、第１の液体水を製造するために造水施設へ蒸気を供給し、ボイラへ第２の液体水を供給する前に、ボイラによって使用されるその第２の液体水を加熱することを含む。
【０００７】
本発明のさらに別の実施形態によれば、発電造水複合システムは、蒸気を発生するボイラと、蒸気によって発電する発電アセンブリと、非飲料水を受け取り、蒸気を用いて飲料水を製造する造水施設と、水がボイラに供給される前に、その水を加熱する加熱器とを備える。
【０００８】
これら及び他の利点及び特徴が、図面に関して行われる以下の説明からより明らかになる。
【０００９】
本発明と見なされる主題が、本明細書に添付の特許請求の範囲に詳細に示され、明確に主張されている。本発明の前述及び他の特徴ならびに利点が、添付図面に関して行われる以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による発電造水複合システムのブロック図である。
【図２】発電造水複合システムの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による排熱回収ボイラのブロック図である。
【図４】本発明の別の実施形態による排熱回収ボイラのブロック図である。
【図５】本発明の実施形態による発電造水複合システムの作動方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な記述は、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態による発電造水複合システム１（「システム１」）のブロック図を示す。システム１は、排熱回収ボイラ（「ＨＲＳＧ」）１０と、発電アセンブリ２０と、造水施設３０と、加熱器４０とを備える。図では、実線の矢印２、７、及び８は液体水を表し、実線の矢印５（図２）は造水施設３０からの残留水を表し、破線の矢印３（及び図３の６）はＨＲＳＧ１０からの蒸気を表し、１点鎖線の矢印４は発電アセンブリ２０からの蒸気を表し、矢印９はガス流を表す。
【００１３】
ＨＲＳＧ１０は、ガス流９及び加熱器４０からの水２を受け取る。一実施形態では、ガス流９は、加熱されたガス流としてＨＲＳＧ１０に導入され、ＨＲＳＧ１０は、水を、加熱されたガス流９を用いて１種以上の所定の圧力及び温度の蒸気に変え、その蒸気３を発電アセンブリ２０へ送出して、発電アセンブリ２０を駆動する。発電アセンブリ２０は蒸気３を用いて発電する。発電アセンブリ２０からの蒸気４は、造水施設３０及び加熱器４０のそれぞれに供給される。
【００１４】
造水施設３０は、排出蒸気４ａを使用して、送入液体水７を送出液体水８に変換する。一実施形態によれば、造水施設３０は淡水化施設であり、送入液体水７は海水であり、送出液体水８は飲料水である。淡水化施設は、排出蒸気４ａによって海水７を加熱して、海水から不用物を取り除き、飲料水８を製造する。
【００１５】
加熱器４０は、発電アセンブリ２０から蒸気４ｂを、造水施設３０から液体水２を受け取り、液体水２を加熱した後、液体水２をＨＲＳＧ１０に供給する。ＨＲＳＧ１０に供給する前に液体水２を加熱するので、液体水２を蒸気３に変換するためにＨＲＳＧ１０によって必要とされるエネルギーが少なくなり、ＨＲＳＧ１０がより効率的になる。一実施形態では、蒸気４ｂが、排気より上流で低圧蒸気タービン２４から取り出され、その結果、加熱器４０へ供給される蒸気４ｂは、造水施設３０へ供給される蒸気４ａより高いエネルギーを有する。
【００１６】
図２は、一実施形態による発電造水複合システム１をより詳細に示す。
【００１７】
図２に示す実施形態では、発電アセンブリ２０は、高圧蒸気タービン２２と、低圧蒸気タービン２４と、発電機２６とを備える。高圧蒸気タービン２２は、ＨＲＳＧ１０から軸２８を駆動する蒸気３を受け取る。高圧蒸気タービン２２を駆動した後、次に、蒸気３は低圧蒸気タービン２４に供給される。高圧蒸気タービン２２及び低圧蒸気タービン２４に連結されている軸２８は、発電機２６を駆動して発電する。
【００１８】
図２は、高圧蒸気タービン２２及び低圧蒸気タービン２４のみを示しているが、任意の数及びタイプのタービンを使用することができる。たとえば、発電アセンブリ２０は、１つ以上の中圧蒸気タービン、複数の高圧又は低圧蒸気タービン２２及び２４、ならびに複流蒸気タービンを備えてもよい。代替実施形態では、発電アセンブリは、１つ以上のガスタービンを備えてもよい。さらに他の実施形態では、発電アセンブリが複数の発電機２６を備え、高圧蒸気タービン２２が、低圧蒸気タービン２４とは異なる軸に接続されて、低圧蒸気タービン２４とは異なる発電機２６を駆動することができる。
【００１９】
ＨＲＳＧ１０は、液体水２を加熱する節炭器１１と、節炭器１１からの水を蒸発させて蒸気を発生する蒸気ドラム１３を備える蒸発器１２と、蒸気３を加熱し、蒸気を発電アセンブリ２０へ送出する過熱器１４とを具備する。代替実施形態によれば、ＨＲＳＧ１０は、様々な圧力レベルで蒸気を発生するために複数の蒸発器を備える。
【００２０】
図３は、ＨＲＳＧ１０が複数の蒸発器を備える実施形態の例を示す。図３では、低圧節炭器１１が液体水２を加熱し、加熱された液体水２を、図２の蒸発器１２に対応する低圧蒸発器１２へ送出する。低圧蒸発器１２は、水２を蒸発させて蒸気を発生し、その蒸気を低圧過熱器２１へ送出し、その過熱器が、低圧の蒸気６を低圧蒸気タービン２４へ送出する。液体水２は、また、液体水２を加熱し、加熱済み液体水２を、蒸気ドラム１７を備える高圧蒸発器１６へ送出する高圧節炭器１５へ送出される。高圧蒸発器１６は、蒸気を過熱器１４へ送出し、その過熱器は、さらに蒸気を加熱し、蒸気３を高圧蒸気タービン２２へ送出する。
【００２１】
図４に示す別の実施形態によれば、ＨＲＳＧ１０は、ＨＲＳＧ１０内のガス流をさらに加熱して追加の蒸気の発生を可能にする燃焼器１８を備える。燃焼器１８は、図２の過熱器１４に対応する第１の過熱器１４と第２の過熱器１９との間に配置されている。加熱され加圧された蒸気３が、第２の過熱器１９から発電アセンブリ２０へ送出される。
【００２２】
図２〜４は、ＨＲＳＧ１０の様々な実施形態を示しているが、種々の実施形態によって、ＨＲＳＧ１０は、多様な温度及び圧力の蒸気を発生するために、任意の数及び種類の節炭器、蒸発器、過熱器、及び燃焼器を備え得る。
【００２３】
図２を参照すると、造水施設３０は、低圧蒸気タービン２４から排出蒸気４ａを受け取り、排出蒸気４ａを使用して液体水８を製造する。一実施形態によれば、送入液体水７は海水であり、送出液体水８は飲料水である。排出蒸気４ａは、海水を加熱して、水中の塩分及び不用物を水から分離し飲料水８を製造するために使用される。送出液体水８を製造した後、造水施設３０は、余剰排出蒸気４ａを残留水５として送出する。残留水５は、凝縮液もしくは蒸気、又は凝結液と蒸気との混合物であり得る。復水ポンプ５２が、残留水５をポンプ昇圧し、得られた液体水２を加熱器４０へ送る。図２に示す実施形態では、加熱器４０は給水加熱器である。液体水２は、蒸気４ｂによって加熱され、脱気器としても知られている貯水槽５１に送られる。予熱された液体水２は、ＨＲＳＧ１０に送られて蒸気３を発生するが、液体水２は既に加熱されているので、水をＨＲＳＧ１０で加熱し蒸発させるのにより少ないエネルギーしか消費しないために、ＨＲＳＧ１０がより効率的に作動する。特に、図３に示す実施形態のように、複数の蒸発器が使用される実施形態においては、加熱器４０によって液体水２を予熱することによって、圧力を追加して蒸気を供給する追加の蒸発器を使用することを可能にする。
【００２４】
一実施形態では、加熱器４０で液体水２を加熱した後、蒸気４ｃは、残留水５と混合され、凝縮されて液体水２になり、その液体水が、次いで、上記のようにＨＲＳＧ１０によって用いられて蒸気３を発生する。したがって、蒸気４ｃ及び残留水５は、回収され、発電アセンブリ２０で発電し、造水施設３０で飲用液体水８を製造するために再利用される。
【００２５】
本開示について、液体水２、７、及び８、蒸気４、残留水５、ならびに蒸気３及び６は、ある時点である位置での特定の分子を示すのではなく、分子の流れを表すことを理解されたい。たとえば、本明細書に開示され、特許請求の範囲に記載された、いくつかの実施形態では、蒸気４ｂは、第２の液体水２を加熱し、次いで、凝縮され、蒸気４ｂによって加熱される第２の液体水２の一部分になるとして記述されている。本開示は、気体状態を有する蒸気４ｂの分子が、液体状態のそれ自体を加熱することを意味するのではない。そうではなく、蒸気４ｃの気体状態の流れを構成する分子が、液体状態に凝縮されて、第２の液体水２の一部分になる。そして、今や第２の液体水２を構成する分子が、蒸気４ｂの流れを構成する後続の分子によって加熱される。
【００２６】
図５は、本発明の実施形態により発電し造水する方法を示す。工程６１では、蒸気が、図１〜４に示されるＨＲＳＧ１０によるなど、ボイラによって生成される。工程６２では、蒸気が、蒸気を用いて発電する発電アセンブリへ送出される。工程６３では、発電アセンブリからの排気が、造水施設に供給されて、水を製造する。たとえば、造水施設が淡水化プラントである場合、排気が、海水を加熱して、海水中の水を塩分及び他の不用物から分離する。いくつかの実施形態によれば、蒸気は、発電アセンブリからの排気の代わりに、又はそれに加えて、ＨＲＳＧ１０などのボイラから直接造水施設へ供給される。
【００２７】
工程６４では、造水施設からの残留水が、液体水に凝縮される。工程６５では、液体水が加熱器によって加熱される。一実施形態では、加熱器は、発電アセンブリからの加熱排気を用いて加熱器内で液体水を加熱する給水加熱器である。
【００２８】
工程６６では、加熱済み液体水が、ボイラに供給されて蒸気を発生し、サイクルが、工程６１で再び開始される。液体水がボイラへ供給される前に加熱されるので、ボイラは、効率を向上して作動することができる。
【００２９】
上記の実施形態によれば、液体水は、ボイラに供給される前に加熱されるので、液体水を蒸気に変換するために必要なエネルギーが少なくなり、ボイラが、効率を向上して作動することができる。特に、電力と水との比率を変化させることに関し、液体水をボイラに供給する前に液体水の温度を増加させることにより、より高いレベルの効率で発電機を作動させることが可能になる。さらに、蒸気タービンなどの発電ユニットからの排気が、飲料水の製造、ＨＲＳＧへ供給される水の加熱に使用され、次いで、ボイラ用の蒸気を発生するＨＲＳＧへ供給される水に変換される。したがって、水及び蒸気は、効率を向上して作動するためにＨＲＳＧ／発電／造水システム内で再生利用される。
【００３０】
本発明が、限られた数の実施形態のみに関して詳細に説明されてきたが、本発明が、そのような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されるであろう。むしろ、本発明は、これまで説明されなかった任意の数の変形形態、代替形態、置換形態、又は同等の構成を組み込んで変更することができ、それらは、本発明の趣旨及び範囲に対応する。さらに、本発明の様々な実施形態が説明されてきたが、本発明の態様は、説明された実施形態の一部分のみを含み得ることを理解されたい。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されると見なされるべきではなく、添付特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３１】
１  システム
２  実線の矢印
３  蒸気
４  蒸気
４ａ  排出蒸気
４ｂ  蒸気
４ｃ  蒸気
５  実線の矢印
６  蒸気
７  送入液体水
８  送出液体水
９  矢印
１０  排熱回収ボイラ（「ＨＲＳＧ」）
１１  節炭器
１２  蒸発器
１３  蒸気ドラム
１４  過熱器
１５  高圧節炭器
１６  蒸発器
１７  蒸気ドラム
１８  燃焼器
１９  第２の過熱器
２０  発電アセンブリ
２１  低圧過熱器
２２  高圧蒸気タービン
２４  低圧蒸気タービン
２６  発電機
２８  軸
３０  造水施設
４０  加熱器
５１  貯水槽
５２  復水ポンプ
【図１】
2013221508.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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